Виброизоляторы (амортизаторы) для защиты технических средств: от резинометаллических до тросовых и композитных. Перспективы развития.

Рассматриваемый класс виброизоляторов, вернее виброудароизоляторов, — это устройства, способные снижать воздействие ударов и вибрации. Они применяются в двух случаях: когда нужно изолировать источник вибрации (двигатель вентилятора, насос, работающий станок или иное оборудование) и когда нужно защитить от вибрации и ударов, например, стойки с РЭА, различные приборы и измерительное оборудование, приборы точной механики и другие защищаемые технические средства.

Первыми нашли применение резинометаллические виброизоляторы — недорогие и доступные. Немного позже появились виброизоляторы, где рабочим элементом была спрессованная металлическая вата из спутанной нержавеющей проволоки, и, наконец, позже появились тросовые цельнометаллические виброизоляторы. Общепринятое устоявшееся на сегодня мнение, которое не так далеко от истины, что резинометаллические виброизоляторы — это доступное и недорогое, но не самое эффективное решение, в то время как тросовые виброизоляторы — это более дорогие, но наиболее совершенные решения. Однако с учетом успехов материаловедения, сделавшего коммерчески доступными ряд материалов, ситуация меняется, а развитие каждого из типов виброизоляторов и появление новых делает приведенное выше утверждение уже не таким верным. Данная публикация посвящена типам виброизоляторов, их сравнению, перспективам развития, применения и современным разработкам. Она является своего рода введением к циклу публикаций, где рассматриваемые вопросы будут разобраны подробнее.

Если говорить о предельных характеристиках трех наиболее распространённых типов виброизоляторов, то они примерно равны между собой, т.е. сейчас принципиально возможно создать виброизолятор любого типа с очень высокими характеристиками. Но массовое их производство подразумевает их умеренную стоимость, а значит, многие принципиально возможные решения не могут быть использованы из-за цены, поэтому относительно верным будет сравнение серийных изделий приведенных в таблице ниже, хотя уже сейчас здесь есть исключения.

Тросовые виброизоляторы (с металлическим тросом) – это виброизоляторы, где в качестве упруго-демпфирующего элемента используется стальной трос. Основания виброизоляторов могут иметь различные исполнения: из стали, алюминиевых сплавов, полимерных композитов. Основной объем производимых виброизоляторов рассчитан на диапазон номинальных защищаемых масс от 1 до 120 кг, но виброизоляторы могут изготавливаться и на другие массы, например, на массы в несколько единиц грамм и до 1000 кг статической нагрузки на один виброизолятор. Диапазон рабочих температур для тросовых виброизоляторов, который можно обеспечить, наиболее широк: от -65 до +350 °C без потери характеристик. Однако для обеспечения столь широкого диапазона, когда необходимо сохранить не только целостность виброизолятора, но и обеспечить его работоспособность во всем диапазоне температур с сохранением АЧХ, требуется применение специальных тросовых элементов, оснований из нержавеющей стали и специальной конструкции заделки троса в основание. Однако в подавляющем большинстве случаев столь широкие рабочие температурные диапазоны не требуются, ограничиваясь диапазоном от -65 до +120 °C, что существенно упрощает конструкцию виброизолятора.

Совершенствование тросовых виброизоляторов связано не только с их конструкцией. Наша практика показывает, что все конструктивные решения, касающиеся собственно конструкционной схемы виброизолятора, так или иначе реализованы, причем многие новомодные предложения, такие как виброизоляторы с околонулевой жесткостью, выпускались серийно уже более десяти лет назад. Впрочем, тема виброизоляторов с псевдооколонулевой жесткостью интересна сама по себе, и ей будет посвящена отдельная публикация.

Реальное совершенствование конструкции тросовых виброизоляторов, приводящее к существенному улучшению их АЧХ, массогабаритных и надежностных характеристик, в большей степени возможно за счет оптимизации способов заделки тросовых элементов в сочетании с изменением геометрии их расположения между основаниями виброизолятора. В значительно большей степени развитие тросовых виброизоляторов может обеспечить материаловедение, например, связанное с использованием композитных тросов. При этом композитный трос — это далеко не простейшее сочетание, например, металлического троса (упругодемпфирующая компонента) с полимерным демпфирующим материалом, хотя и такое грамотное сочетание способно дать существенный рост характеристик. Композитный трос может включать элементы искусственных мышечных волокон, систем, реализованных исключительно на свойствах самого материала и способных изменять, например, жесткость и собственную частоту виброудароизолятора в зависимости от воздействий внешней вибрации и ударов, от которых он защищает то или иное изделие.

Виброизоляторы с металлической ватой – их основное преимущество: существенно лучшие характеристики, чем у классических резинометаллических виброизоляторов (но хуже, чем у тросовых), широкие температурные диапазоны эксплуатации (наравне с тросовыми) и при этом относительно невысокая стоимость. Их конструкция достаточно однотипна, а их совершенствование в большей степени связано не с самой конструкцией, а с изменением свойств упругодемпфирующего элемента за счет структуры запутывания проволоки, использования нескольких проволок разных диаметров и композитных составляющих.

Резинометаллические или, в более широком смысле, эластомерно-металлические амортизаторы (виброизоляторы) – их эволюция больше, чем у любых иных типов виброизоляторов, связана с эволюцией используемых материалов, от когда-то простейших резиновых смесей до перспективных эластомеров различной химической природы, способных придать им характеристики на уровне тросовых виброизоляторов. Что касается совершенствования конструкции, то нам известно за все это время только одно реально работающее усовершенствование, предложенное нами и используемое уже около 17 лет: это виброизоляторы, сочетающие газодинамический демпфер. Множество других изменений конструкции, увы, на практике не жизнеспособны.

Как и было сказано в начале публикации, эта статья является, по сути, лишь введением к циклу публикаций, где будут более подробно рассмотрены многие особенности конструкций амортизаторов (виброизоляторов) и их грамотного применения. Будет уделено время сейсмоударозащитным платформам, включая их новое поколение, развитию систем с псевдооколонулевой жесткостью и рассказано, как удалось преодолеть их главные недостатки в новейшей линейке виброудароизоляторов.

Представляем наш канал на Дзене. Эта и другие публикации с большим числом иллюстраций и графических материалов.

Тросовые амортизаторы (виброизоляторы) – новые разработки и системы с квазинулевой жесткостью

Продолжение. Начало здесь.

Тросовые виброизоляторы — одни из основных виброизоляторов, применяемых в технике для защиты разного рода оборудования, включая стойки с РЭА, рабочие места операторов, изоляцию различных агрегатов (насосы, компрессоры, ДВС электрогенераторов) и другие подобные задачи. Долгое время в их эволюции не было ничего нового, однако ситуация изменилась благодаря развитию материаловедения и усилиям ряда научных групп. Эта публикация посвящена новым разработкам тросовых виброизоляторов и созданию изделий принципиально нового класса.

Тросовые виброизоляторы с квазинулевой (псевдооколо нулевой) жесткостью — если брать зарубежные разработки, то это модное направление их развития. Слово «модное» употреблено не случайно, поскольку практическая значимость такого эффекта на практике, в случае именно виброизоляторов для техники, а не, скажем, защиты фундаментов зданий, не так велика, чтобы конкурировать с другими решениями и инженерными подходами. Новизна — это слово тоже неплохо взять в кавычки. Вот, например, авторское свидетельство, выданное в СССР, а вот и современный патент РФ, где, кстати, объяснен общий принцип систем с квазинулевой жесткостью. И, наконец, фотографии только части серийных изделий, выпускаемых свыше 10 лет отечественной компанией.

Виброизоляторы с исполнением, реализующим на определенном участке перемещения механизм квазинулевой жесткости, заметно улучшают характеристики изделия, хотя и не являются решающими без учета других применяемых решений.

Квазинулевая жёсткость виброизолятора — это свойство виброизолятора в определённом диапазоне перемещений обеспечивать жёсткость, почти равную нулю, то есть сопротивление смещению под ударной (вибрационной) нагрузкой минимально. Квазинулевая жёсткость обеспечивается за счёт комбинации двух типов упругих элементов: основного, часто просто вертикальной пружины, и корректора жёсткости, который создаёт «отрицательную» жёсткость. Корректор жёсткости может быть реализован с помощью наклонных пружин, специальных рычагов, пневмопружин или упругих элементов растяжения, которые специально подбираются по жёсткости и геометрии. В рабочем диапазоне жёсткость корректора почти полностью компенсирует жёсткость основной пружины, что, в итоге, делает систему (виброизолятор) очень мягкой, с жёсткостью, почти равной нулю. Всё это позволяет создать участок характеристики, где виброизолятор практически не сопротивляется смещению, но при этом выдерживает статическую нагрузку, а гашение виброударной нагрузки максимально.

Виброизоляторы, включая тросовые амортизаторы, реализующие принцип квазинулевой жесткости, действительно обладают рядом преимуществ. Виброизоляторы с квазинулевой жёсткостью могут быть компактными, иметь собственную частоту всего 0.4–0.8 Гц, а их эффективность свыше 80% и может достигать значений до 0.96 (коэффициент демпфирования более 0.8, до 0.96). Характеристики, которые могут дать системы с квазинулевой жёсткостью, и впрямь многообещающие, если бы не их недостатки, делающие амортизаторы, где применён этот принцип, либо нишевым решением, например, для защиты точной исследовательской аппаратуры (томографов, электронных микроскопов, спектрометров на угловом рассеянии и прочего высокоточного оборудования), либо изделиями, где принцип квазинулевой жёсткости не реализуется в полной мере и, несмотря на положительный эффект, не обеспечивает всех своих потенциальных возможностей, тем более не может быть основным, обеспечивающим эффективность массового серийного (а не уникального и единичного, созданного только для определённой узкой задачи) тросового виброизолятора.

Основные недостатки виброизоляторов с около нулевой жёсткостью:

Сложность настройки: при изменении массы оборудования или условий эксплуатации может потребоваться замена или перенастройка упругого элемента, чтобы сохранить нужные характеристики.
Нелинейность: рабочий участок с нулевой жёсткостью очень чувствителен к изменению нагрузки, что может привести к нестабильной работе системы.
Ограниченный диапазон хода: эффективная виброизоляция обеспечивается только в определённом диапазоне перемещений — если нагрузка выйдет за пределы этого участка, изолятор теряет свои свойства.
Сложность реализации: для достижения околонулевой жёсткости часто используют дополнительные компенсаторы (например, электромагнитные), что усложняет конструкцию и повышает стоимость, а для массовых тросовых виброизоляторов и вовсе не приемлемо.
Потенциальная нестабильность: участки с отрицательной или нулевой жёсткостью могут быть подвержены самопроизвольным смещениям или резонансам, что требует дополнительной стабилизации.

Создание массовых серийных тросовых виброизоляторов, способных работать в относительно широком диапазоне отклонений от расчетной номинальной нагрузки и в широком диапазоне перемещений, до недавнего времени было нерешаемой задачей. Однако успехи в области материаловедения, и в первую очередь в области создания искусственных мышечных волокон (ИМВ), сделали невозможное возможным.

Принцип, который положен в основу новой линейки виброизоляторов, прост и заключается в том, что материал, из которого выполнен основной упругий элемент и/или корректор жёсткости, способен изменять свои упруго-демпфирующие свойства под воздействием внешнего воздействия – вибрации и ударов. Такой технический результат достигается за счёт использования композитного троса, состоящего из собственно стального троса и эластомерной оболочки, выполненной на базе специальных полиуретанов или силиконов (рабочий температурный диапазон от -65 °C до +150 °C более чем достаточен для большинства областей применения и может быть, в случае необходимости, расширен вплоть до +300 °C). Материал эластомерной оболочки наполнен микронными ИМВ, способными сокращаться под действием электрических импульсов, которые генерируют пьезоволокна, также являющиеся наполнителем эластомерного материала. Принцип работы элемента из композитного троса прост: при начале перемещения под действием энергии вибрации или механического удара происходит упругая деформация элемента, а значит, деформация микроскопических пьезоволокон, генерирующих электрические импульсы. Под действием электрических импульсов происходит сокращение ИМВ, которые изменяют упруго-демпфирующие свойства самого рабочего элемента виброизолятора, например, корректора жёсткости. Таким образом, система из пассивной защиты переходит в класс активной системы, сохраняя конструкционную простоту и надежность первой в сочетании с эффективностью второй. По сути, без какого-либо преувеличения, созданная компанией линейка виброизоляторов является новым классом.

Развитие резинометаллических виброизоляторов – от простых изделий до активных виброизоляторов

Резинометаллические виброизоляторы (правильнее употреблять более широкий термин эластомерно-металлические) широко применяются для защиты оборудования от вибраций и ударных нагрузок — их используют в радиоэлектронике, транспорте, строительстве и промышленности. Такие изоляторы традиционно состоят из чередующихся слоёв резины и металла: резина обеспечивает упругость и демпфирование, а металл — прочность и жёсткость конструкции. Изначально и долгое время рассматривались как недорогое и доступное решение для решения задач виброзащиты; однако успехи материаловедения радикально меняют это представление, позволяя говорить об этом классе амортизаторов как о современных и перспективных технических решениях.

Как и писалось ранее, эволюция резинометаллических виброизоляторов, ввиду их принципа работы, больше, чем у любых иных типов виброизоляторов, связана с эволюцией используемых материалов, а не с совершенствованием конструкции. Как и в случае с тросовыми виброизоляторами, наибольшие перспективы в части достижения максимально возможных технических характеристик даёт использование искусственных мышечных волокон (ИМВ)  в сочетании с современными эластомерами. Такое сочетание было реализовано в линейке виброизоляторов серии ВЭ-А, что позволило получить систему с квазинулевой жёсткостью, не только существенно улучшив характеристики виброизолятора, но и переведя его из пассивной системы виброзащиты в активную, сохранив простоту конструкции и надёжность.

Принцип, положенный в основу новой линейки виброизоляторов, заключается в использовании двух типов эластомеров, по типу конструкции цилиндр в цилиндре. Внешний цилиндр выполнен из полиуретанового или силоксанового эластомера (стандартные рабочие температурные диапазоны от -65 °C до +150 °C; в случае необходимости, могут быть расширены вплоть до +300 °C). Внутренний цилиндр выполнен из эластомера, наполненного микронными ИМВ, способными сокращаться под действием электрических импульсов, которые генерируют пьезоволокна, также являющиеся наполнителем эластомерного материала. Принцип работы виброизолятора следующий: при начале перемещения под действием энергии вибрации или механического удара происходит упругая деформация внутреннего цилиндра и, соответственно, деформация микроскопических пьезоволокон, генерирующих электрические импульсы. Под действием электрических импульсов происходит сокращение ИМВ, которые изменяют упруго-демпфирующие свойства внутреннего элемента виброизолятора, выполняющего функцию корректора жёсткости (соответственно, внешний цилиндр является основным пружинным элементом).

Однако использование ИМВ в амортизаторах (на начальном этапе их производства), хотя и заметно дешевле и надёжнее традиционных активных систем виброзащиты с использованием датчиков и управляющей электроники, всё же дороже обычных тросовых или эластомерно-металлических виброизоляторов. К тому же не во всех случаях требуется столь радикальное (вплоть до стремящегося к 1 коэффициента демпфирования) снижение вибрации и ударов. Для создания менее дорогих и более массовых эластомерных виброизоляторов было использовано другое техническое решение, позволившее разработчикам  создать линейку виброизоляторов серии ВЭ-Н, ничуть не уступающих тросовым по основным параметрам, но имеющих меньшую стоимость. Эти виброизоляторы также используют эффект квазинулевой жёсткости,  но без механизма её коррекции, зато в сочетании с другими техническими решениями. Ключевым решением является использование нового композитного эластомера, за счёт своей структуры (эластомерная матрица наполнена эластомерными предварительно напряжёнными волокнами), обеспечивающего реализацию принципа квазинулевой жёсткости в ряде наиболее критически важных диапазонов рабочих частот и одновременно значительно улучшающего характеристики демпфирования благодаря более развитому механизму внутреннего трения. Рассмотренное решение само по себе достаточно эффективно, но может быть дополнено применением газодинамического демпфера (линейка виброизоляторов серии ВЭ-Г), что ещё больше улучшает их характеристики.

Таким образом, использование современных достижений материаловедения позволяет перейти от простых и не в полной мере эффективных резинометаллических виброизоляторов на современные эластомерные изделия, не только не уступающие тросовым виброизоляторам, но в ряде случаев даже их превосходящие.

# Двигатели для дозвуковых крылатых ракет – новая концепция силовой установки

В крылатых ракетах чаще всего используются малогабаритные турбореактивные двигатели, например, ТРДД-50 или Р-95-300. Реже применяются прямоточные воздушно-реактивные, пульсирующие воздушно-реактивные и, в очень редких случаях, ядерные двигатели. Предлагаемая концепция двигателя, где реактивная тяга создается электрической импеллерной установкой, запитанной от металловоздушного топливного элемента. На дозвуковых скоростях такая силовая установка может иметь значительные технико-экономические преимущества перед турбореактивными и прямоточными двигателями.

Говоря о концепции новой энергетической установки, необходимо сказать несколько слов о существующем уровне техники. Еще не так давно, когда говорили о крылатых ракетах, простой обыватель сразу вспоминал американскую ракету «Tomahawk», которая и по сей день остается одной из самых массовых. Ближайшим аналогом «Tomahawk» является российский «Калибр», имеющий лучшие характеристики, чем у «Tomahawk», к тому же летающий на керосине, а не на дорогом JP-10.

JP-10 – это синтетическое топливо, состоящее из тетрагидродициклопентадиена, пришедшего на замену RJ-4 (TH-dimer или тетрагидрометилциклопентадиеновый димер), но не вытеснившего RJ-4 окончательно по причине более высокой стоимости. В России аналогом JP-10 является децилин (Т-10), который служит топливом для малогабаритных турбореактивных двигателей крылатых ракет, таких как дозвуковые Х-55, Х-59М, Х-35 и гиперзвуковых ракет типа «Циркон» и ряда других ракет.

Справка. Децилин используется для увеличения дальности и энергоэффективности двигателя ракет благодаря его более высокой плотности и энергоотдаче (плотность децилина 0,94 г/см³, а плотность керосина около 0,78 г/см³ при равной теплоте сгорания около 43 МДж/кг). Децилин производится на ОАО «Редкинский опытный завод» по разработкам ИОХ РАН и является куда менее доступным топливом, чем авиационный керосин.

Вероятно, для сверхзвуковых и тем более гиперзвуковых ракет децилин является наилучшим и часто безальтернативным видом топлива, таким же безальтернативным, как и типы используемых реактивных двигателей. Но большинство крылатых ракет – это дозвуковые ракеты, летающие на скоростях от 720–830 км/ч (для ракеты Х-55) до 1060 км/ч (для ракеты Х-59М), а значит во всех этих случаях возможны альтернативы не только по топливу, но и по самому типу реактивного двигателя.

Предложенная концепция реактивной двигательной установки предполагает использование реактивной тяги, создаваемой импеллером в связке с электродвигателем, запитанным от металловоздушного топливного элемента. И эта концепция с принятыми техническими решениями имеет существенные преимущества такие как меньшая стоимость, лучшая энергоэффективность, лучшая тепловая скрытность, более высокая надежность.

Для иллюстрации преимущества реактивной электротяги над тягой, создаваемой, например, двухконтурным турбореактивным двигателем, рассмотрим реальную ракету «Калибр» в сравнении с гипотетическим «Калибром», оснащенным двигателем на электротяге согласно предложенным техническим решениям разработанной концепции.

Таким образом, применение электротяги потенциально на примере «Калибра» и сохранения его параметров дальности может дать 4-х кратный выигрыш в стоимости двигателя (и еще больший выигрыш в себестоимости), дать дополнительные 316 кг к полезной нагрузке и до 380 л объема для ее размещения. Аналогичные преимущества могут быть достигнуты и на других дозвуковых ракетах, особенно использующих более дорогой децилин.

Такой многообещающий технический результат стал возможным благодаря разработке конструкции импеллера, приблизив его КПД к воздушному винту и новой конструкции топливного элемента. Традиционные металловоздушные топливные элементы, несмотря на отличные удельные энергетические показатели, имеют два принципиальных недостатка. Первый недостаток – масса традиционного металловоздушного топливного элемента не уменьшается в процессе работы, а значит, не уменьшается масса ракеты, что снижает ее полезную нагрузку. Второй недостаток – по мере работы и изнашивания металлического анода в той или иной степени снижается мощность и падает КПД. Именно эти недостатки удалось преодолеть, причем найденное решение оказалось недорогим в промышленном производстве, что, в свою очередь, может открыть новые возможности в создании дозвуковых крылатых ракет.

Представляем публикацию на нашем Дзен-канале, посвящённую технологическому подходу стабилизации активных химических соединений при вводе их в организм пероральным путём, на примере получения продукта питания «грибной кофе». При этом описываемый в публикации подход может быть применим в технологии производства БАД, фармацевтических препаратов и в технологии кормов для животных, во всех тех случаях, когда требуется сохранить полезные свойства ингредиентов и защитить их от разрушения в пищеварительном тракте до момента всасывания в кровь.

# Зеленые СОЖ – эффективная и превосходящая замена минеральным и синтетическим СОЖ

Зеленая химия или sustainable chemistry – подход, направленный на снижение вредного воздействия химических процессов на окружающую среду. СОЖ, применяемые в металлообработке, преимущественно представлены эмульсолами с высокой долей содержания минерального или синтетического масла и синтетических присадок, негативно влияющих как на рабочий персонал, так и на окружающую среду при их утилизации. Несколько меньшее распространение получили синтетические СОЖ, образующие раствор, а не эмульсию, но и они не лишены всех тех же недостатков. Настоящая публикация посвящена созданию зеленых СОЖ на основе растительных масел, не оказывающих негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека, при этом одновременно превосходящих по свойствам даже лучшие образцы традиционных СОЖ.

Растительные масла в чистом виде существенно превосходят минеральные масла по характеристикам: износостойкость, коэффициент трения, прочность сцепления. Более того, растительные масла по вышеприведенным параметрам не уступают не только минеральным, но и синтетическим маслам, в частности ПАО и эфирам, включая их смеси. Однако их применение в составе СОЖ (чистых масляных и эмульсолей) не получило широкого распространения, а эффективность СОЖ на основе растительного масла на практике значительно уступает даже относительно простым СОЖ на базе минеральных масел.

Такое значительное отличие между свойствами исходных растительных масел и СОЖ на их основе объясняется очень низкой окислительной стойкостью и наличием присадок в классических СОЖ, не лучшим образом сочетающихся с растительными маслами и принципами зеленой химии. Следовательно, в том случае, если решить две вышеобозначенные проблемы, возможно получение зеленого СОЖ на базе растительного масла, не только не уступающего лучшим аналогам классических СОЖ, но и во многом превосходящего их.

Проблема плохой окислительной стойкости растительных масел обусловлена наличием в составе триглицеридов масел с двойной связью. Принципиально существует три способа устранить негативное влияние двойной связи на свойства растительного масла. К таким способам относят проведение четырех типов химических реакций с целью модификации растительного масла:
• Процесс гидрирования
• Процесс переэтерификации
• Процесс эпоксидирования
• Процесс изомеризации.

Процесс гидрирования практически не применим на практике в силу резкого изменения температуры плавления растительного масла, делающего его при нормальной температуре твердым веществом. Процесс переэтерификации с заменой глицерина на другие полиолы, в частности пентаэритрит или триметилолпропан (ТМП), позволяет существенно поднять окислительную стойкость масла и улучшить его температурные свойства, но процесс относительно дорог, а в ходе самого процесса образуется глицерин, нуждающийся в дополнительной переработке с целью доведения его качеств до товарного продукта. К тому же при экстремальных условиях резки металла окислительная стойкость всё еще проигрывает стойкости минеральных масел. Наиболее оптимальным, на наш взгляд, является процесс модификации растительных масел в мягких условиях путем их эпоксидирования по двойной связи. Получаемые масла обладают низкой вязкостью в сочетании с высокой текучестью и стабильностью, что важно для их применения в составе СОЖ. Процесс изомеризации применим ограниченно, по той же причине, что и процесс гидрирования – он существенно изменяет вязкость масла, делая её неоптимальной для СОЖ.

Решая проблему модификации масла путем его эпоксидирования на примере наиболее распространённого при использовании в технических целях рапсового масла, удалось достичь более чем приемлемых результатов в части окислительной стойкости и прочности образуемой на металле пленки. При этом в качестве эпоксидирующего агента использовался безвредный пероксид водорода в мягких условиях (температура реакции не выше 65 °С).

Вторая проблема, решение которой необходимо для создания эффективных зеленых СОЖ на базе растительных масел, это выбор и разработка присадок: смазывающих, биоцидных, противозадирных, ингибирующих коррозию и ряда других присадок. Как уже было сказано выше, традиционные присадки часто оказываются не в полной мере совместимыми с модифицированными растительными маслами, кроме того, оказывают негативное влияние на окружающую среду.

В качестве новых присадок большой интерес представляет использование ультрадисперсных частиц (наночастиц). При этом наиболее интересными свойствами обладают частицы углерода (углеродные нанотрубки) и дисульфида молибдена, однако их применение в СОЖ часто невозможно из-за способности окрашивать СОЖ в черный цвет, что часто затрудняет необходимый обзор детали в процессе её обработки. Другими ультрадисперсными частицами, представляющими интерес в качестве присадок для СОЖ, являются частицы оксидов цинка, алюминия и кремния. Причём эффективность частиц оксида цинка равна эффективности ZDDP.

Наночастицы по своей морфологии можно разделить на частицы с луковичным, сферическим, слоистым и волокнистым/трубчатым строением. Для улучшения противозадирных, противоизносных и антифрикционных свойств масла и СОЖ на его основе оптимальны частицы с луковичным строением и сферические частицы, которые за счёт «эффекта шарика» и «эффекта заполнения» обеспечивают не только значительное улучшение указанных трибологических характеристик, но и способны улучшить несущую способность масляной пленки. В свою очередь слоистые частицы при условиях высокой температуры способны адсорбироваться на поверхности металла, образуя плотные оксидные пленки, которые обладают превосходными противоизносными и антифрикционными эффектами.

Ультрадисперсные частицы оксидов цинка, алюминия и кремния идеальны для применения в СОЖ, сочетая низкую стоимость и безвредность с очень высокой эффективностью, даже при низких концентрациях (менее десятой доли процента от масла, при этом в рабочем растворе СОЖ, как правило, содержится лишь 1-3% масла).

Другие типы присадок – это продукты зеленого органического синтеза, преимущественно амиды и сложные эфиры, например эфиры себациновой кислоты, обладающие не только противозадирными свойствами, но и свойствами биоцидов.

На основе изложенных подходов специалистам компании удалось создать образцы масел по своим основным характеристикам, превосходящие на 10-15% такие продукты, как Bechem Avantin 361 и Bechem Avantin 320, при этом обладающие очень хорошей биостабильностью в области рабочих концентраций и легкой биодеструкцией при разбавлении водой.

Немаловажным аспектом зеленых СОЖ является их цена, но стоимость рапсового масла вполне сопоставима со стоимостью минерального масла, что делает удорожание зеленых СОЖ незначительным, и оно легко нивелируется в смысле технико-экономической целесообразности их применения за счет большего срока службы и лучших характеристик. Однако, если необходимо снизить стоимость СОЖ практически без потерь его свойств, возможно использование в качестве сырья соапстока (отхода при производстве растительных масел). Единственным незначительным недостатком получаемых СОЖ из соапстока является незначительная окраска их рабочего раствора; по всем другим характеристикам СОЖ, полученные на базе соапстока, сопоставимы с СОЖ из растительных масел.

# Биоразлагаемые пластики – перспективные технологии их производства

В сознании простого человека понятие биопластик ассоциируется с понятием биоразлагаемого полимер, что не является верным. Термин "биопластика" (биобазированного полимера) означает лишь возобновляемый биоисточник сырья, но не подразумевает обязательной способности биопластика к биоразложению и безопасности для окружающей среды. В свою очередь, полимеры, полученные из природного газа и нефтяного сырья, вполне могут обладать свойствами биоразложения и быть экологически безопасными. Данная публикация посвящена технологиям производства биопластиков.

Биоразлагаемые биопластики обычно получают из крахмала, целлюлозы и молочной кислоты, при этом только пластики на основе молочной кислоты (полилактиды, PLA) обладают свойствами, наиболее приближенными к свойствам традиционным полимерам, но и они не способны составить конкуренцию традиционным пластикам из нефтехимического сырья. Биоразлагаемые биопластики по причине своего малого объема производства и высокой стоимости не в состоянии выполнить возложенную на них миссию по снижению негативного влияния на экологию, поэтому для решения этой задачи необходимо придание традиционным пластикам из нефтехимического сырья свойств биоразлагаемости.

Справка. Объем биоразлагаемых биопластиков оценивается в 0,2-0,4% от всего мирового рынка полимеров. При этом, по оценкам, на 2025 год объем мирового рынка разлагаемого биопластика составит около 16,8 млрд долларов США, а ожидаемый рост к 2035 году достигнет 98 млрд долларов США при прогнозируемом среднегодовом темпе роста 19,3% (в период с 2025 по 2035 год). Прогнозы Data Bridge Market Research менее оптимистичны, но и они говорят о росте рынка биопластиков в период с 2025 по 2032 год до 67,35 млрд долларов США со среднегодовым темпом роста 14,22%.

Всего возможно выделить три направления создания биоразлагаемых пластиков на основе традиционных пластиков из нефтехимического сырья:
•Получение высоконаполненных композитов с биоразлагаемым наполнителем (крахмал, целлюлозосодержащие порошки, включая древесную муку). Метод основан на получении очень тонких пленок полимера, обволакивающих биоразлагаемый наполнитель. Такие пленки содержат ряд дефектов своей структуры, что делает их доступными для почвенных бактерий в процессе биоразложения.
•Молекулярные композиты и сополимеры. Как правило, это получение сополимеров с молочной кислотой или альфа-ангеликалактоном (5-метил-2(3H)-фуранон), но могут использоваться и другие мономеры.
•Традиционные полимеры с искусственно созданными дефектами полимерной цепочки, играющими роль стартовой зоны биодеструкции.